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1、第一章 X线成像,伦琴因发现X射线获得 首届诺贝尔物理学奖。,1901 伦琴 (Roentgen) 发现X射线(1895) 1914 劳厄（Laue） 晶体的X射线衍射 1915 布拉格父子 (Bragg) 分析晶体结构 1917 巴克拉 (Barkla) 发现元素的标识X射线 1924 塞格巴恩 (Siegbahn ) X射线光谱学 1927 康普顿(Compton等六人) 康普顿效应 1936 德拜 (Debye) 化学 1946 马勒 (Muller) 医学 1962 沃生(Wason等三人) 医学 1964 霍奇金 (Hodgkin) 化学 1979 柯马克和豪森菲尔德（Cormack
2、/Hounsfield） 医学 1981 塞格巴恩(Siegbahn) 物理,同X射线有关的诺贝尔奖,内容,第一节 普通X线成像 第二节 数字化X线成像,第一节 普通X线成像,一、X线的产生和特性 二、x线成像的基本原理和设备 三、X线检查技术 四、X线防护,一、X线的产生和特性,（）X线的产生,线发生装置主要包括线管、变压器和控制台。线管为热阴极真空管，由发射电子的阴极和产生线的阳极组成；变压器提供阴极灯丝加热电压和阴、阳两极间高压电；控制台则用于控制和调节X线的发生,线产生的过程是：接通电源后，由降压变压器提供低压电，为线管阴极灯丝加热，产生自由电子云；当升压变压器向X线管阴、阳两极间提供
3、高电压时，自由电子高速飞向阳极并撞击靶面，从而发生能量转换，其中1以下的能量形成X线，99以上则转换为热能。,X线机主要部件示意图,（二）X线的特性,X线是一种电磁波。波长范围为0.000650nm，用于线成像的波长为0.0310.008nm（相当于40150kV时产生的X线）。线的电磁波谱在射线与紫外线之间，并具有如下几方面与线成像和线检查相关的重要特性： 1穿透效应 线波长短，能穿透可见光不能穿透的物体，并在穿透过程中有一定程度的吸收即衰减。线的穿透性与其波长有关，即线管电压愈高，产生的波长愈短，穿透力就愈强。另一方面，X线的穿透效应受所穿透物质的密度和厚度影响，一般物质的原子序数愈高，密
4、度和厚度愈大，X线对其穿透力就愈弱；反之亦然。线穿透性是线成像的基础。 2荧光效应 线能激发荧光物质如铂氰化钡和钨酸钙，使不可见的线转换为波长较长的可见荧光，这种转换称为荧光效应，是线透视检查的基础。,3感光效应 线照射涂有溴化银的胶片时，可使胶片感光而形成潜影，经显影、定影药液处理后，即可获得具有不同灰度的线照片。所以，感光效应是线摄影的基础。 4电离效应 线照射任何物质时，均可产生电离作用。空气的电离程度与其吸收X线量成正比，因此通过测量空气的电离程度，可计算x线的照射量，此为放射计量学的基础。 5生物效应 线射入生物体，基于电离效应而引起生物学改变，即生物效应。X线的生物效应是放射治疗学
5、的基础，也是进行X线检查时应注意防护的原因。,二、x线成像的基本原理和设备,（）X线成像的基本原理,线检查能使人体组织结构成像的基本原理和过程是：当具有一定穿透力的X线通过人体时，由于各部组织结构的密度和厚度不同，而发生不等量的X线吸收，以致透过人体的X线量存在差异，这种有差异的线即可在荧光屏上成像，或在胶片上形成潜影，再经显影、定影处理后成像。 由此可见，线成像有两个基本要素： 一是基于线的特性即穿透效应、荧光效应和感光效应，另一是人体组织结构之间存在着密度和厚度的差别。,决定X线图像中明暗的因素： 人体组织结构的密度高、比重大，吸收的线量多，在线片上呈白影，称之为高密度影；反之亦然。 与其
6、厚度有关，即厚度大者，吸收的X线量多，线片上趋向为白影，而厚度薄者与之相反，趋向为黑影。 在日常工作中，我们通常以低密度、中等密度和高密度来描述线片上组织结构的黑白灰度。据此，可将人体组织和内部结构大致分为三类： 低密度结构，包括脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体； 中等密度结构，包括软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织和体内液体； 高密度结构，包括骨组织和钙化灶。 当组织结构发生病变时，密度可发生改变，依其黑白灰度变化，称之为密度减低或密度增高。,（二）X线成像设备,目前，临床上应用的线成像设各除了通用型X线机外，还有适用于心血管、胃肠道、乳腺、牙科和床旁检查以及手术室专用
7、的X线机。 外围设各包括检查床、X线管支持装置、影像装置（影像增强电视系统、X线电影机、X线录像机、点片照相机、荧光屏等）和一些配套装置（激光照相机、线胶片自动洗片机）等，作用是与主机相结合，共同完成线成像检查。,三、X线检查技术,（）普通检查,1透视（fluoroscopy） 目前透视检查多采用影像增强电视系统（Image intensify television，IITY），影像亮度强，效果好。 优点：可转动患者体位，从不同方位进行观察；能了解器官的动态变化，如心脏和大血管搏动、膈肌运动和胃肠蠕动等；操作简单、方便；费用较低；可迅速获得结果。 缺点：影像的清晰度较线摄影差；难以分辨密度差别
8、小的病变，亦不宜观察密度高和厚度大的部位；同时缺乏客观记录。目前，透视主要用于胃肠道钡剂造影检查。,2线摄影（radiography） 是目前广泛应用的X线检查方法。 优点：图像的分辨力高，清晰且对比度好；可留下客观记录，便于复查对照和会诊。 不足之处：由于组织结构影像重叠，常需多体位投照；不能观察器官的运动功能；检查费用相对较高。,（二）特殊检查,特殊检查有软X线摄影（soft ray radiography）、体层摄影（tomography）和放大摄影（magnification radiography）等。 自CT检查广泛应用于临床后，这些特殊检查中，只有软线摄影还在应用。其采用能产生软
9、X线的小焦点钼靶X线管，常用电压为2235kV。软X线摄影可获得对比度良好的软组织图像，主要用于乳腺检查。,（三）造影检查,X线检查时，对于缺乏自然对比的组织结构或器官，可将密度高于或低于该组织结构或器官的物质通过不同路径引入该组织结构、器官内或周围间隙内，使之产生对比图像，此即造影检查。引入的物质称为对比剂（contrast medium）或造影剂。造影检查的应用扩大了线检查的范围。 1造影方法 分为以下两类： 直接引入法：包括：口服法，如食管和胃肠道钡餐检查；灌注法，如钡剂灌肠、逆行性尿路造影和子宫输卵管造影等；穿刺注入法，直接穿刺或经导管注入对比剂，如心血管造影、脊髓造影和关节腔造影等；
10、 间接引入法：经静脉注入对比剂后，经生理排泄进入某一器官，间接使之显像，如静脉尿路造影和静脉胆系造影。 2造影前准备 不同的造影检查均有相应的检查前准备和注意事项，必须认真执行，以确保患者的安全及获得满意的造影效果。,四、X线防护,线具有生物效应，可引起辐射性损伤，而线检查应用又很广泛，故应重视线检查中患者和工作人员的防护问题。 在X线检查中，要遵循时间防护、距离防护和屏蔽防护三项基本原则。 时间防护就是患者和工作人员，尤其是介入医师，应在保证诊疗效果的同时，尽量减少接触线的时间，以降低辐射量。 距离防护是利用线量与距离平方呈反比这一原理，增加线源与人体间的距离，可减少辐射量，而适当扩大线检查
11、室空间，能增加散射线与人体间的距离，同样可减少辐射量，距离防护是最简单而有效的防护措施。 屏蔽防护是使用原子序数较高的物质，通常为铅或含铅材料，作为屏蔽以吸收不必要的线，如通常在X线管外壳、遮光筒和光圈、滤过板等部位采用铅板屏蔽，其他屏蔽和防护用品有铅玻璃、铅屏风、铅衣和铅橡皮手套等。 应当指出，要特别重视孕妇、小儿和长期接触射线的工作人员，尤其是介入医师的防护工作。对于放射工作人员，要定期监测接受的剂量并行外周血白细胞检查。,普通线摄影有诸多缺陷： 摄片技术条件要求严格，曝光宽容度有限；胶片上图像灰度固定，不能调节； 密度分辨率较低，常难以同时清晰显示各种密度的组织结构； 在胶片的利用和管理
12、上也有许多不便。,第二节 数字化X线成像,数字化线成像技术根据成像原理和应用不同，可分为计算机线成像（computer radiography，CR）、数字线成像（digital radiography，DR）和数字减影血管造影（digital substraction angiography，DSA），其中DR又可分成间接数字X线成像（indirect digital radiography，IDR）和直接数字线成像（direct digital radiography,一、计算机X线成像（CR）,（）CR成像的基本原理和设备,CR成像的基本原理：是将线的影像信息记录在影像板（image p
13、late，IP）上，经读取装置读取，数字化后由计算机处理，再经数模转换后获得模拟图像并显示在显示屏上。,CR成像设备示意图,（二）CR临床应用,临床上，CR应用领域同于普通线摄影，但其所具有的优势是线摄影所无法媲美的。 CR成像技术的优势是： 能够利用原有的线机； 投照条件的宽容度大； 可最大限度降低线辐射量； 通过图像处理系统，能使欲观察的组织结构达到最佳的显示效果，并具有面积、径线测量、局部放大、边缘增强、多幅显示和图像减影等多种功能； 图像数字化信息既可转换打印成胶片，也可存储在硬盘和光盘中，还能通过网络进行传输。 CR成像的不足之处在于：成像速度仍较慢，无透视功能，图像质量还不十分满意
14、因此进一步发展受到限制。,二、数字X线成像（DR）,（）间接数字X线成像（IDR）,IDR成像的基本原理和过程是：首先由X线影像增强电视系统将透过人体的线转变为可见光；然后用高分辨力摄像管或经电荷耦合器（charge coupled device，CCD）转变为模拟信号；再经模数转换形成数字化图像信号，并根据需要可对其进行各种处理；处理后的数字化图像经数模转换后，即可在显示器上显示为灰阶图像。,IDR成像设备示意图,IDR临床应用 IDR的成像时间短，除摄片外，还具有透视功能，因此可用于心血管造影和胃肠道造影检查。 和CR技术相比，IDR的优势在于成像速度快，提高了工作效率，并可进行透视检查。
15、其不足之处是在成像过程中，要进行光电转换，原影像信息有一定程度的丢失，且不能与普通X线机兼容。,（二）直接数字线成像（DDR）,DDR成像的基本原理是采用平板探测器（flat panel detector，FPD），直接把透过人体的线信息转换为电信号而进行数字化的成像方法。 临床上，DDR除用于线摄影外，还能用于透视，可进行胃肠造影检查和心血管造影检查。 由于DDR成像过程中，线的接受至数字信号的输出均在平板探测器内完成，从而减少了信息的丢失和噪声的干扰，提高了图像的信噪比。 与CR和IDR相比，DDR的优点为：兼有摄片和透视功能；图像的分辨力更高；且曝光的宽容度亦更大，从而减少了辐射量。 D
16、DR的缺陷是：不能与普通线机兼容；目前设备昂贵而难以普及。然而，基于DDR的诸多优势，其必将成为今后发展的主流方向。,三、数字减影血管造影,数字减影血管造影（DSA）是20世纪80年代兴起的一种将计算机与常规线心血管造影相结合的检查技术。,（）DSA成像的基本原理,DSA的数字减影有几种方法，常用的是时间减影法（temporal subtraction method）。其基本原理如下：在血管内注入对比剂前和注入对剂后的不同时间点，进行靶血管部位连续成像，其中注入对比剂前的图像称为蒙片（mask）；对得到的一系列图像进行像素化和数字化转换；将注入对比剂后任意时间点图像的数字矩阵与蒙片的数字矩阵相减，即可抵消骨骼和软组织的数字，而仅保留血管内对比剂的数字；其后，经数模转换，就可得到不同期相仅显示含对比剂血管的DSA图像。由于此种减影法的蒙片和一系列图像系在不同时间点获得，故称之为时间减影法。常用的方式有脉冲方式、超脉冲方式、心电触发脉冲方式、间间隔差方式等。 除时间减影法外，还有能量减影、混合减影、光学减影和电子减影法等，均较少应用。,
